В 1260 г. Николо и Маттео Поло находились в Константинополе, где скупали ценные товары перед отправкой в Солдайю для встречи с братом Марко. Они добрались тогда до Сарая — дворца Золотой Орды, вручив хану драгоценные камни. Правитель отблагодарил их вдвойне. Братья Поло прожили в этом дворце год, а затем отправились в персидскую Бухару, где пробыли три года. Там они встретили посланника императора, «правившего на краю земли между (levant et greco) востоком и греками» (запись, типичная для венецианских моряков, разбиравшихся в розе ветров). Посланник предложил братьям Поло сопровождать их, и оба купца двинулись в путь на Каракорум, где их принял великий хан, доверивший им доставить письма папе. Братья два месяца пробыли в Пекине, затем снова отправились в путь и прибыли в Акру после трехлетнего странствия, затянувшегося из-за климатических условий и паводков.
Братья, возвращаясь к «великому сеньору», взяли с собой осиротевшего Марко, которому пришел срок участвовать в делах. Экспедиция завершилась прибытием ко двору великого хана в 1275 г. Об этой экспедиции идет речь в книге «Миллион», написанной Марко Поло, когда он был пленен генуэзцами в битве при Корчуле (согласно другой версии — при Лайасе) и сидел в тюрьме. Пизани Рустикелло использовал эти заметки об экспедиции (memorali). Путешествие началось в Венеции, и первая остановка была в Акре, затем они посетили Табриз и Ормуз. Суда, на которых предстояло совершить плавание, оказались в очень плохом состоянии, совершенно не пригодными для передвижения по неизведанному океану. Поэтому путешественники выбрали наземный путь — вдоль северной границы Афганистана, через высокие плато Памира, по шелковому пути до великой излучины Желтой реки и летней резиденции императора. Рассказ Марко Поло не был автобиографичным. Он детально описывал дороги, города, продукты, порты, богатства, обычаи и религию народов, на прилегающих территориях. Император пользовался наблюдательностью Марко для лучшего ознакомления с обычаями и нововведениями недавно завоеванных народов империи. По просьбе императора Марко Поло совершил многочисленные поездки. Будучи добросовестным венецианским купцом, Марко подробно перечислял различные пути для сбора налогов в пользу императора, основными из которых были налоги на соль (как заметил Уго Туччи, типично венецианский критерий суждения), а китайские религии, которые считал «идолопоклонством», его почти не интересовали. Поло не смог поехать в Японию, которую не смогли завоевать монголы, но он открыл европейцам «Чипангу» (вариант названия Японии), описав покрытые золотом королевские дворцы и комнаты, имевшие золотую облицовку толщиной в два пальца. Открытие «Чипангу» служило мощным стимулом к новым странствиям и географическим открытиям и, прежде всего, к путешествиям Колумба.
В китайских портах Марко Поло впечатлила форма джонок и их оснащение. Он решил вернуться в Венецию морским путем — через Индокитай, по проливу Суматра, через Цейлон и Индию. Посещение Индии, славившейся богатствами, стало основной целью при выборе обратного пути. Марко Поло предпочитал не заниматься научными изысканиями — он умел ценить конкретные проявления человеческой деятельности. С помощью карт, которые в этих странах использовались в навигации, он уточнял размеры и рельеф поверхности Цейлона. Географические сведения, добытые путешественником, собраны в Каталанском атласе 1375 г., а также в планисфере фра Мауро (1459), созданной, по словам Рамусло, «на основе прекрасной старинной морской карты и карты мира, привезенной из Китая славным мессиром Марко Поло и его отцом». О судьбе «Книги» Марко Поло, переиздававшейся несколько раз до введения в 1430–1431 гг. книгопечатания (первое издание было напечатано в Нюрнберге в 1477 г.), была написана короткая заметка, в которой говорилось о том, что книга Поло «в Венеции и Риальто идет по кругу, каждый хочет ее прочитать». Эта книга содержала необходимые купцам знания. Издания «Книги» находились в библиотеке школы при церкви Сан-Джованни.